(57)【要約】      （修正有）【課題】定期検診などに適用可能な操作が簡単で精度が高い超音波診断装置を提供する。【解決手段】骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともに、その反射波を受波する超音波プローブと該超音波プローブを計測部位固定部に固定され、骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部を有し、超音波プローブによる各走査点において各走査点のＡモード波形データ群を取得する手段と、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列における画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する処理を行い、二値化データ群を生成する手段と、二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する。【選択図】        図１
2005095221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位に超音波を送波して骨部を計測する超音波骨計測装置であって、
前記骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、
前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともに、その反射波を受波する超音波プローブと、
該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部と、
前記超音波プローブによる各走査点において前記超音波プローブによる超音波の送受波により得られるエコー信号に基づいて各走査点のＡモード波形データ群を取得するＡモード波形データ群取得手段と、
前記所定断面の各走査点のＡモード波形データ群について、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列における画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、二値化データ群を生成する二値化データ群生成手段と、
該二値化データ群生成手段により生成した各走査点の二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示手段と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記超音波プローブ保持部は、前記骨部の重力方向断面を走査可能に備えられている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記超音波プローブ保持部は、前記骨部の重力方向断面に直交する水平方向断面を走査可能に備えられている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブをスライド移動可能に保持するとともに、前記計測部位固定部で固定された計測部位の外周を包囲し、かつ前記骨部の所定断面を走査可能な軌跡に沿って設けたガイド部材を備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記ガイド部材において、前記軌跡は、前記計測部位の立位時の重力方向下面を包囲する軌跡を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ガイド部材において、前記軌跡は、前記計測部位の立位時の側面を包囲する軌跡を含む、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記ガイド部材は、所定部位を基準に回動可能に備えられ、前記超音波プローブは前記骨部の異なる断面を走査可能に備えられている、請求項５又は６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記超音波プローブ保持部は、１あるいは２以上の超音波プローブを移動させることなく前記所定断面を走査可能に保持する、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記超音波プローブは、超音波の透過方向に沿う変位に伴って該方向に沿って伸縮するアクチュエータを備え、前記計測部位の超音波の透過方向に沿う変位可能に保持されている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記計測部位固定部は、前記超音波プローブの送受波面側に配置され前記計測部位側の表面が前記計測部位の外形形状に倣って変形可能な超音波伝播媒体を備える、請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記超音波伝播媒体はゲル状体である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記計測部位固定部に固定された計測部位の変位を検出する変位検出手段と皮質骨からの超音波反射時間を計測し、その時間を一定とするようにアクチュエータを作動させる自動操作手段を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記検出手段により検出された変位量を用いて前記Ａモード波形データ群を補正する手段を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記変位検出手段により検出された変位量が予め設定された基準値を超えるとき、計測中止判定又は計測無効判定を行い、該判定結果を表示する、判定手段を備える、請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位に超音波を送波して骨を計測する超音波骨計測装置用のエコー信号取得装置であって、
前記骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、
前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともに、その反射波を受波する超音波プローブと、
該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部と、
を備える、装置。
【請求項１６】
前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブをスライド移動可能に保持するとともに、前記計測部位固定部で固定された計測部位の外周を包囲し、かつ前記骨部の所定断面を走査可能な軌跡に沿って設けたガイド部材を備える、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記超音波プローブ保持部は、１あるいは２以上の超音波プローブを移動させることなく前記所定断面を走査可能に保持するとともに、該超音波プローブは、超音波の透過方向における皮質骨からの反射時間を計測し、それを一定とするように自動てきに該方向に伸縮するアクチュエータを備え、前記計測部位の超音波の透過方向に沿う変位可能に保持されている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記計測部位固定部は、前記超音波プローブの送受波面側に配置され前記計測部位側の表面が前記計測部位の外形形状に倣って変形可能な超音波伝播媒体を備える、請求項１５又は１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記計測部位固定部は、前記計測部位の近傍を前記計測部位に対して超音波プローブによって超音波が入射可能に載置する載置台を備え、該載置台は、前記計測部位の変位を検出する変位検出手段を備える、請求項１５〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記骨部は踵骨である、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
骨粗しょう症の診断用である、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
海綿骨を主体とする骨部に対して超音波を照射して該骨部に関する情報を得る超音波骨計測方法であって、
前記骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともにその反射波を受波する超音波プローブと、該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部とを備えるエコー信号取得ユニットを用い、
前記骨部の所定断面を走査可能に前記超音波プローブと前記計測部位とをセットする工程と、
各走査点において前記超音波プローブによる超音波の送受波により得られるエコー信号に基づいて各走査点のＡモード波形データ群を取得する工程と、
前記所定断面の各操作点のＡモード波形データ群について、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列において、該画素列おける画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、各走査点の二値化データ群を生成する二値化データ群生成工程と、
該二値化データ群生成工程により生成した各走査点の二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示工程と、
を備える、方法。
【請求項２３】
前記Ａモード波形データ群取得工程において前記計測部位の変位量を検出する検出工程を備え、該検出工程で検出された変位量を用いて前記Ａモード波形データ群を補正する工程を備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記骨部は踵骨であり、骨粗しょう症診断方法である、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
コンピュータを、
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位において所定の骨部断面を超音波で走査して得られるエコー信号に基づいて得られる各走査点のＡモード波形データ群に対し、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列における画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、これにより各走査点の二値化データ群を生成する二値化データ群生成手段と、該二値化データ群生成手段により生成した各走査点の二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示手段と、前記Ａモード波形データ群の取得時における前記計測部位の変位量を取得する手段と、該変位量取得手段により得られた変位量に基づいて前記Ａモード波形データ群を補正する手段と、該方向における皮質骨からの超音波反射時間を一定とするように超音波プローブを自動操作する伸縮可能なアクチュエータを備える骨情報処理・表示装置として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波骨計測装置、該装置用のエコー信号取得装置、超音波骨計測方法、骨粗しょう症診断装置及び方法、並びにコンピュータを骨情報処理・表示装置として機能させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
骨は、表面から順に骨膜、骨質（皮質骨、海綿骨）、及び骨髄から構成されており、骨粗しょう症は、皮質骨の厚さと海綿骨の骨梁とが減少することで骨量が減少し力学的構造の劣化を生じる全身性疾患である。近年、高齢化、食生活の多様化などにより、骨粗鬆症となる人工が増加するともにその若年齢化が進んでおり、骨粗しょう症の早期発見と予防とを可能とするより簡易な骨粗しょう症の診断技術が求められている。とともに、放射線Ｘ線などの放射線を用いない診断技術の開発が望まれている。また、診断による身体への影響を軽減するには、Ｘ線などの放射線を用いない方法が望まれている。
【０００３】
従来この種の計測装置としては、Ｘ線を用いるものと超音波を用いるものとがある。これらは、主として骨内を透過した領域や距離に比例した物理量を測定するものである。例えば、Ｘ線の場合には骨塩量であり、超音波法の場合には骨面積率、伝播速度、減衰率などであった。すなわち、いずれの方法でも、計測領域や距離で単位量に換算された平均値を指標とする定性的診断にとどまっていた。一方、実際の骨粗鬆症は、内部の骨（皮質骨や海綿骨骨梁）が局所的に欠落するという症状を有する。したがって、これらの方法では、骨組織におけるこのような症状を発見することは不可能であった。
【０００４】
一方、超音波を用いて骨の内部構造を可視化する技術も開発されてきている（特許文献１）。この技術では、骨に対して超音波を伝播させたときに受信する反射波によって得られるＡモード波形を利用して骨の内部を可視化しようとするものである。
【特許文献１】特開２００１−９５７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この技術を骨粗しょう症の定期健診などに適用していくには、計測操作を簡易化し、さらに、計測精度を向上させる必要があった。
そこで、本発明では、このような従来の課題に鑑み、超音波による骨内部可視化を簡易に実現できる超音波骨計測装置及び超音波骨計測方法ならびにプログラムを提供することを一つも目的とする。また、本発明は、超音波による可視化画像による診断を容易化する超音波骨計測装置及び超音波骨計測方法を提供超音波による骨内部可視化の精度を向上させることができる超音波骨計測装置及び超音波骨計測方法ならびにプログラムを提供することを他の一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題につき検討し、海綿骨を主体とする踵骨等の骨部を対象とし、当該部位骨内部を可視化するのに適した装置及び方法を見出した。すなわち、本発明によれば、上記課題のうち少なくとも一つの課題を解決するために以下の手段が提供される。
【０００７】
本発明の超音波骨計測装置は、
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、
前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともに、その反射波を受波する超音波プローブと、
該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部と、
前記超音波プローブによる各走査点において前記超音波プローブによる超音波の送受波により得られるエコー信号に基づいて各走査点のＡモード波形データ群を取得するＡモード波形データ群取得手段と、
前記所定断面の各走査点のＡモード波形データ群について、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列における画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、これにより各走査点の二値化データ群を生成する二値化データ群生成手段と、
該二値化データ群生成手段により生成した各走査点の二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示部と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本装置によれば、骨部に対して超音波を照射して該骨部の所定断面からＡモード波形データ群を取得し、このＡモード波形データ群を利用して超音波が透過した方向についての画素列を骨梁画素と骨髄画素とに二値化し、さらに各走査点におけるＡモード波形データ群に対してこれらの二値化を行うことで、結果として、所定断面について二値化データを生成する。この二値化データに基づく二値化画像などの画像情報は、海綿骨の骨梁を可視化したものとなっている。本装置においては、計測部位が固定される計測部位固定部を備えるとともに、該固定部に固定された計測部位の所定断面を走査可能に超音波プローブを保持する超音波プローブ保持部を備えるため、骨部の所定断面から安定してＡモード波形データ群を取得することができる。また、同じ被験者であればほぼ一定の骨部断面からＡモード波形データ群を取得できる。したがって、海綿骨のような微細の骨梁形状であっても、容易にしかも効率的に画像化でき、同時に、精度よく画像化することができる。さらに、一定の骨部断面を容易に繰り返し画像化できる点において、骨粗しょう症等の診断を容易にし、精度を向上させることができる。
【０００９】
なお、ここで、Ａモード波形は、一定のサンプリング間隔でエコー信号を取得し、その受波時間とそのエコー信号の強度とを一対のデータとして逐次取得し、受波時間を横軸にとり、エコー強度を縦軸にとることにより得られるものである。したがって、Ａモード波形データ群とは、一定のサンプリング間隔で取得されたエコー信号に基づいて得られる受波時間とエコー強度とのデータ対の集合体である。
【００１０】
本形態においては、前記計測部位を収容可能であって、該計測部位固定部で固定された前記計測部位を包囲しるように超音波の伝播性媒体を充填可能なキャビティを有するチャンバーを備えることができる。こうすることで、超音波伝播媒体が充填されて超音波による好ましい計測環境を容易に形成できる。
【００１１】
また、前記超音波プローブ保持部は、前記骨部の立位時における重力方向断面を走査可能に備えることができる。立位時に受ける重力方向の平面（断面）内の骨梁形状において骨粗しょう症の症状がより明瞭に現れるため、当該断面を画像化することで骨粗しょう症等の診断が容易となる。また、前記超音波プローブ保持部は、前記骨部の重力方向断面に直交する水平方向断面を走査可能に備えることが好ましい。直交する断面をそれぞれ走査可能とすることで、精度の高い計測が可能となり、かつ重力方向断面画像との組み合わせにより骨粗しょう症の診断等が容易に行えるようになる。
【００１２】
前記また、前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブがスライド移動可能に保持されるとともに、前記計測部位固定部で固定された計測部位の外周を包囲し、かつ前記骨部の所定断面を走査可能な軌跡に沿って設けたガイド部材を備えることができる。こうすることで、超音波プローブを一定の軌跡に沿って移動させることが容易となり、前記所定断面を容易にまた広範囲にわたって安定して走査可能となる。かかる超音波プローブ保持部においては、前記軌跡は、前記計測部位の立位時の重力方向下面を包囲する軌跡を含むことができ、また、前記軌跡は、前記計測部位の立位時の側面を包囲する軌跡を含むことができる。こうすることで、それぞれ立位時の重力方向断面と水平方向断面を容易に測定できるようになる。なお、ガイド部材と超音波プローブとの対を複数以上を設けることで前記骨部の複数断面のＡモード波形データ群を得ることもできる。
【００１３】
前記ガイド部材を移動可能とすることで、骨部の異なる断面を容易に走査することができる。好ましくは、前記ガイド部材は、所定部位を基準に回動可能とする。なお、これらのガイド部材において超音波プローブの超音波送受波面は、所望の断面を走査可能に適宜その方向性が調節されるようになっていることが好ましい。こうすることで、多様な断面画像を得ることができるようになる。
【００１４】
また、前記超音波プローブ保持部は、１あるいは２以上の超音波プローブを移動させることなく前記所定断面を走査可能に保持することもできる。こうすることで所定断面の走査のために超音波プローブを移動させる必要がなくなるため、安定した画像情報を得られやすくなる。さらに、前記超音波プローブは、超音波の透過方向に沿う変位に伴って、該方向における皮質骨からの超音波反射時間を一定とするように、該方向に沿って伸縮するアクチュエータを備え、前記計測部位の超音波の透過方向に沿う変位可能に保持することもできる。こうすることで、計測部位が変位したとしてもその変位の計測に対する悪影響を抑制できる。さらにまた、前記計測部位固定部は、前記超音波プローブの送受波面側に配置され前記計測部位側の表面が前記計測部位の外形形状に倣って変形可能な超音波伝播媒体を備えることもできる。こうすることで、不特定他数人の計測部位に対して簡易に超音波伝播媒体を適用できる。このような超音波伝播媒体はゲル状体とすることができる。
【００１５】
前記計測部位固定部は、前記計測部位の近傍を前記計測部位に対して超音波プローブによって超音波が入射可能に載置する載置台とすることができる。計測部位近傍が載置台に載置されることで計測部位を安定して固定することができる。さらに、前記計測部位の左右側部を外方から押圧固定する押圧部材を備えることもできる。こうすることで、水平方向における計測部位の移動を抑制して効率的でかつ精度のよい計測が可能となる。
【００１６】
本骨計測装置には、前記計測部位固定部材に固定された計測部位の変位を検出する変位検出手段を備えることができる。こうすることで、前記検出手段により検出された変位量に基づいて前記Ａモード波形データ群を補正する手段を備えることができる。こうすれば、計測部位が変位しても骨計測を有効に利用して、効率的な骨計測が可能となるとともに、その計測精度も確保される。さらに、前記変位検出手段により検出された変位量が予め設定された基準値を超えるとき、計測中止判定又は計測無効判定を行い、該判定結果を表示する、判定表示手段を備えることができる。こうすることで、無駄な計測作業を回避することができ、計測精度を確保し、計測に基づく骨粗しょう症の診断などの有効性を確保できる。
【００１７】
また、本発明の骨計測装置用のエコー信号取得装置は、
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位に超音波を送波して骨を計測する超音波骨計測装置用のエコー信号取得装置であって、
前記骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、
前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともに、その反射波を受波する超音波プローブと、
該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部と、
を備える、装置である。
【００１８】
このエコー信号取得装置によれば、計測部位が固定される計測部位固定部を備えるとともに、該固定部に固定された計測部位の所定断面を走査可能に超音波プローブを保持する超音波プローブ保持部を備えるため、骨部のほぼ一定の断面を安定的に走査することができる。また、このような固定部と保持部とを備えることで、海綿骨における微細の骨梁形状からのエコー信号であっても、安定して得ることができる。したがって、本装置によれば、骨計測による骨部断面画像化に適したＡモード波形の計測環境を提供することができる。
【００１９】
このエコー信号取得装置においては、前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブがスライド移動可能に保持されるとともに、前記計測部位固定部で固定された計測部位の外周を包囲し、かつ前記骨部の所定断面を走査可能な軌跡に沿って設けたガイド部材を備えることができる。前記超音波プローブ保持部は、１あるいは２以上の超音波プローブを移動させることなく前記所定断面を走査可能に保持するとともに、該超音波プローブは、超音波の透過方向に沿う変位に伴って、該方向における皮質骨からの超音波反射時間を一定とするように自動的に、該方向に沿って伸縮するアクチュエータを備え、前記計測部位の超音波の透過方向に沿う変位可能に保持されることもできる。こうすることで、超音波プローブやスライド移動や計測部位の変位による測定精度の低下を抑制できる。また、この計測部位固定部は、前記超音波プローブの送受波面側に配置され前記計測部位側の表面が前記計測部位の外形形状に倣って変形可能な超音波伝播媒体を備えることができる。
【００２０】
さらに、このエコー信号取得装置においては、前記計測部位固定部は、前記計測部位の近傍を前記計測部位に対して超音波プローブによって超音波が入射可能に載置する載置台とすることができ、この載置台には、前記計測部位の変位を検出する変位検出手段を備えることができる。
【００２１】
本発明の骨計測方法は、
海綿骨を主体とする骨部に対して超音波を照射して該骨部に関する情報を得る超音波骨計測方法であって、
前記骨部を含む計測部位を固定する計測部位固定部と、前記計測部位に対して超音波を入射可能に送波するとともにその反射波を受波する超音波プローブと、該超音波プローブを、前記計測部位固定部に固定された前記計測部位に内在される前記骨部の所定断面を走査可能に備える超音波プローブ保持部とを備えるエコー信号取得ユニットを用い、
前記骨部の所定断面を走査可能に前記超音波プローブと前記計測部位とをセットする工程と、
各走査点において前記超音波プローブによる超音波の送受波により得られるエコー信号に基づいて各走査点のＡモード波形データ群を取得する工程と、
前記所定断面の各走査点のＡモード波形データ群について、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列において、該画素列おける画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、これにより各走査点の二値化データ群を生成する二値化データ群生成工程と、
該二値化データ群生成工程により生成した各走査点の二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示工程と、
を備える方法である。
【００２２】
本計測方法によれば、計測部位が固定される計測部位固定部を備えるとともに、該固定部に固定された計測部位の所定断面を走査可能に超音波プローブを保持する超音波プローブ保持部を備えるため、計測部位と超音波プローブとは、骨部のほぼ一定断面を操作可能に相互に安定した状態でセットされる。このため、Ａモード波形データ群生成工程を好ましい計測環境にて実施でき、結果として、容易にかつ効率的に骨部の所定断面のＡモード波形データを取得し、該断面を容易にかつ精度よく画像化することができる。また、海綿骨における微細の骨梁形状であっても、容易にしかも効率的に画像化し可視化することができる。この計測方法においては、前記Ａモード波形データ群取得工程において前記計測部位の変位量を検出する検出工程を備え、該検出工程で検出された変位量を用いて前記Ａモード波形データ群を補正する工程を備えることができる。かかる検出工程と補正工程とを備えることにより、より骨情報の計測をより一層効率化できかつ計測精度を向上させることができる。
【００２３】
本発明のプログラムは、
コンピュータを、
海綿骨を主体とする骨部を含む計測部位において所定の骨部断面を超音波で走査して得られるエコー信号に基づいて得られる各走査点毎のＡモード波形データ群に対し、そのＡモード波形データ群が得られた超音波透過方向に沿って設定された画素列における画素を骨梁画素と骨髄画素とに二値化する二値化処理を行い、これにより前記所定断面に対応する二値化データ群を生成する二値化データ群生成手段と、該二値化データ群生成手段により生成した二値化データ群に基づいて前記所定断面の画像情報を表示する画像表示手段と、前記Ａモード波形データ群の取得時における前記計測部位の変位量を取得する手段と、該変位量取得手段により得られた変位量に基づいて前記Ａモード波形データ群を補正する手段と、を備える骨情報処理・表示装置として機能させるプログラムである。
本プログラムによれば、コンピュータをかかる骨情報処理・表示装置として機能させることができるため、Ａモード波形データ群を効率的に処理し、結果としてＡモード波形データ群を用いて効率的に、かつ精度のよい計測結果を表示することができる。
【００２４】
以上説明した本発明の超音波骨計測装置、骨計測方法、エコー信号取得装置、プログラムは、いずれも、骨部として踵骨を対象とすることが好ましく、また、骨粗しょう症診断用であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明によれば、海綿骨を主体とする踵骨等の骨部を対象とし、当該部位骨内部状態を把握するのに適した装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明を実施する最良の形態について適宜図面を参照しながら説明する。なお、本発明は図に例示される形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１には、本発明の超音波骨計測装置の全体構成を示す外観図を示し、図２には、計測ユニットの具体的構成を示す平面図と断面図とを示し、図３には、超音波プローブの詳細図を示し、図４及び図５には、本発明における骨部断面の画像化の概念図を示し、図６には、本装置の電気的構成を示すブロック図を示す。図１〜図６に示すように、この例に示す骨計測装置２は、被験者の計測部位に向けて超音波パルスを入射し、その反射波を受波して、エコー信号に変換する超音波プローブを備える計測ユニット４と、この超音波プローブから供給されるエコー信号を処理して、二値化データを生成し、二値化画像を表示する処理・表示ユニット４４とから構成されている。
【００２８】
本発明の超音波骨計測装置２は、海綿骨を主体とする骨部を対象とする。皮質骨が２ミリ以下の骨部を対象とすることが好ましい。皮質骨が２ミリを超えると超音波が透過しにくくなるからである。このような骨部としては、踵骨を挙げることができ、特に、ヒトやウマ等の踵骨を挙げることができる。図１に例示する装置２は、ヒト踵骨を対象骨部とし踵を計測部位としている。
【００２９】
本計測装置２で用いる超音波は、特に限定しないが、周波数が５ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ以下とすることが好ましい。好ましくは、６ＭＨｚ以上である。６ＭＨｚ未満であると骨梁の検出限界が大きくなり実用的でなくなるからである。好ましくは、７．５ＭＨｚ以上である。
【００３０】
計測ユニット４は、計測部位を収容し超音波伝播媒体を充填できるキャビティ８を備えるチャンバー６と、超音波プローブ２０とを備えている。
【００３１】
チャンバー６は、計測部位を収容できればよく、対象骨部を含む計測部位（例えば、ヒトの踵骨を対象骨部とする場合、足の部位）を収容するように構成されている。チャンバー６を備えることにより、超音波伝播媒体を容易に計測部位の周囲に存在させることができる。図１に例示する装置２は、上部が開口した容器状のチャンバー６を備えているが、必ずしも密閉等される閉鎖系であることを要するものではなく、開放系であってもよい。なお、超音波伝播媒体の形態によっては、チャンバー６は必ずしも必要ではない。
【００３２】
チャンバー６には、超音波の計測部位への入射を容易とし、また、計測部位と音響インピーダンスが大きく異ならない物質を計測部位に密着させあるいは充填させるための超音波伝播媒体キャビティ８を備えている。本骨計測装置２では、チャンバー６の内部全体が、該超音波伝播媒体を充填するキャビティ８となっている。超音波伝播媒体としては、水、含水ポリマー、ゲル状物質等の超音波伝播媒体を挙げることができる。なお、超音波伝播媒体は、計測部位に密着して包囲し、超音波振動子と計測部位との間を充填されていればよいため、キャビティ８は各種形態を採ることができる。したがって、図１に例示する形態の他、チャンバー６の一部にのみキャビティ８を形成してもよいし、チャンバー６やキャビティ８を備えることなく、適時計測部位や超音波振動子に超音波伝播媒体を塗布し、又は計測部位に倣って密着可能なゲル状体を計測部位に付与することもできる。
【００３３】
本骨計測装置２は、計測部位を固定した状態で超音波を送受波するための計測部位固定部１０を備えている。計測部位固定部１０は、骨部に対する超音波送受波を妨げない部位に形成される。図１及び図２に例示する固定部１０は、ヒト踵骨を対象骨部とするため、踵を含まないがその近傍であって足の前方側を固定するように構成されている。該前方側の他、脚部の上方側を固定するように構成することもできる。なお、必要に応じて超音波の送受波に差し支えない範囲で踵近傍を固定するようにすることもできる。図１に示す固定部１０は、踵より前方側の足裏面を載置する載置台１２を備えるものとし、この載置台１２は、足裏面の形状に対応して密着性よく足裏を載置できるようになっている。固定部１０は、チャンバー６内に設置することができる他、例えば、チャンバー６の底面自体が載置台１２の形状を備えるように、チャンバー６の一部として設けることもできる。
【００３４】
計測部位固定部１０はこのような載置台のみならず、例えば、超音波伝播媒体であるゲル状体により計測部位を拘束する形態であってもよく、かかる拘束形態と載置台との双方を備えていてもよい。なお、ゲル状体により計測部位を拘束するような計測部位固定部は、計測部位の超音波の送受波部位に設けるため、その固定効果が高いものとなっている。かかる計測部位固定部については後述する。
【００３５】
本骨計測装置２は、計測部位の変位を検出する検出手段１６を備えている。検出手段１６は、計測部位固定部１０あるいはその近傍に備えることが好ましい。例えば、計測部位固定部１０の一部に設けることで効果的に変位を検出できる。固定部で計測部位を固定しても計測部位が必要な計測精度を達成する程度に常時固定されるわけではなく、計測部位の変位をモニターして必要に応じて計測を無効としあるいは計測を中止する必要があるからである。また、計測部位の変位をモニターすることで、被計測者への注意喚起等も可能となる。本発明の骨計測においては重力方向への変位量よりも水平方向における変位量が問題となる。したがって、検出手段は、水平方向の変位量を精度よく検出可能に設置するか、あるいは、そのような検出手段を設けることが好ましい。水平方向への変位について精度の高い検出手段を用いることが好ましい。このような検出手段としては、従来公知の圧力センサを用いることができる。検出手段１６は、また、図示しない入出力回路を介して、処理・表示ユニット４４に接続されており、検出手段１６によって検出された変位量を変位量制御部に入力可能になっている。また、このような検出手段は超音波の皮質骨からの反射時間を測定することによっても可能で、この時間を一定とするように、超音波プローブを変位させるアクチュエータを備えている。こうすることによって海面骨構造計測の精度を高めている。
【００３６】
超音波プローブ２０は、超音波を送受波するリニア状に所定間隔で配列された多数個の超音波振動子２２を備えている。図３に超音波プローブ２０の詳細な構成を例示する。この超音波振動子２２は、それぞれ超音波送受波面２２ａを有し、所定の周波数の超音波を送波可能であるとともにエコーを受波して電気信号に変換できるようになっている。超音波振動子２２は、０．４ｍｍ間隔で９６個が直線状に配列されており、それぞれ独立してスイッチを備えている。また、一本の超音波パルスを送受波する場合には、複数個の超音波振動子のスイッチがオンとなり、収束させることで分解能が向上されている。この形態においては、超音波プローブ２０を所定軌跡を移動させることで所定断面を走査することができるが、複数個のリニアアレイ型超音波プローブを計測部位の外形形状に倣った軌跡上に配列したり、単振動子を該外形形状に倣った軌跡上に配列したりすることで、超音波プローブを移動させることなく所定断面を走査するようにしてもよい。
【００３７】
図４及び図５には、本発明おける骨部断面の二値化画像の取得工程を概念的に示す。物質内の超音波を放射したことによって発生するエコー（反射波）は、超音波の放射源から遠いものほど遅れて帰ってくる。受波したエコーを電気信号に変換して表示したものがＡモード波形である。このＡモード波形の横軸は時間経過であり空間的には超音波パルスが伝播していった深さに対応し、縦軸はエコー源からの反射の強さに対応する。本発明では、一つのＡモード波形の横軸に骨部深さ（超音波透過方向における）に対応する多数個の画素を設定し、各画素について骨梁か骨髄かの判別を行い、これにより超音波透過方向（例えば第１番目の画素列）において二値化データを得る。このような超音波透過によるＡモード波形を同一断面上の異なる走査点（第２番目以降のｉ番目画素列）で繰り返し（あるいは同時に）計測し、それぞれ二値化データを得ることで、最終的に走査方向に沿った骨部断面についての二値化画像等の画像情報を得ることができる。二値化画像における超音波透過方向における画素幅や画素数は、Ａモード波形データのサンプリング間隔や超音波の物質透過速度などに基づいて決定され、走査方向における画素幅や画素数は、超音波による走査間隔、すなわち、超音波振動子の配列間隔や走査法に基づいて決定される。
【００３８】
なお、超音波振動子２２は、幅約０．４ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の振動子を整列させることができる。振動子間隔は、得ようとするに二値化画像の走査方向における一画素の幅を考慮して設定することができる。振動子間隔は一画素の横幅に一致させることもできるし、リニア電子走査法による内挿法等を用いて振動子間隔の半値を一画素の横幅とすることもできるが、振動子間隔が小さいほど解像度の高い画像化が可能となる。さらに振動子間隔は、実際の骨梁幅（０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ）等を考慮して適宜選択することができる。
【００３９】
計測ユニット４には、超音波プローブ保持部２６を備えている。超音波プローブ保持部２６は、計測部位を包囲し、かつ骨部の外周形状に沿って超音波プローブ２０を移動可能なガイド２８と、このガイド上にて超音波プローブ２０を移動させる駆動部とを備えている。ガイド２８は、骨部の外周形状の沿う超音波プローブ２０の移動軌跡に一致するレール状に形成されている。本例の装置２においては、おおよそ半円状のレール状ガイド２８となっている。このレール状ガイド２８の両端は、チャンバー６の底部に立設された２本のブラケット３０間の所定高さでかつ水平状に固定され、かつ該固定部位を中心として回動可能に形成されている。
【００４０】
超音波プローブ２０は、このレール状ガイド２８上において、所望の断面を走査可能にその超音波送受波面２２ａの方向性を調整可能に装着されている。レール状ガイド２８が最下方に回動されて踵骨の下に位置されたとき、プローブ２０がガイド２８上を移動することで、踵骨の重力方向断面に沿って超音波を逐次入射しエコーを受波できるようになっている。すなわち、踵骨の重力方向断面を超音波に透過させ、結果として該断面を走査できるようになっている。例えば、ガイド２８の半円の中央部分に超音波プローブ２０があるときは、超音波送受波面２２ａはほぼ鉛直上方を指向した状態となるように調整される。この位置では、踵骨の皮質骨の法線方向におおよそ一致するように超音波を入射可能となっている。また、レール状ガイド２８がほぼ水平となるように踵の背面に回動されたとき、半円状のガイド２８の中央部分にある超音波プローブ２０の送受波面２２ａは、ガイド２８上のいずれの位置においてもほぼ水平方向を指向した状態に調整される。こうすることで、プローブ２０がガイド２８上を移動することで、踵骨の水平方向断面上に超音波を逐次入射しエコーを受波できるようになっている。すなわち、踵骨の重力方向断面に直交する断面を超音波で走査できるようになっている。本例装置２のように、対象骨部が踵骨である場合、立位時に受ける重力方向の平面（断面）内の骨梁形状において骨粗しょう症の症状がより明瞭に現われる。したがって、少なくとも重力方向断面内の骨梁形状を計測し、加えて、該重力方向平面と直交する平面内の骨梁形状とを計測することが好ましい。なお、図示しない駆動部は、一定速度で超音波プローブ２０をガイド２８上を移動できるように備えられている。
【００４１】
処理・表示ユニット４４は、パルス送出部４６と、増幅部５０と、Ａ／Ｄ変換部５２と、ＣＰＵ５６と、ＲＯＭ５８と、ＲＡＭ６０と、ディスプレイ６２と備えている。パルス送出部４６は、ＣＰＵ５６によって制御され、図示しない入出力回路を介して超音波プローブ２０に接続されており、所定の周波数のパルス信号を所定周期で生成して超音波プローブ２０に送信する。増幅部５０は、図示しない入出力回路からのエコー信号を所定の増幅度で増幅して、Ａ／Ｄ変換部５２に入力する。Ａ／Ｄ変換部５２は、増幅部５０の出力信号をデジタル変換して、ＣＰＵ５６に供給する。このようにしてＣＰＵ５６には、超音波プローブ２０で受波したエコー信号を受波時間とエコー強度とのデータ対として逐次供給されるようになっている。
【００４２】
ＣＰＵ５６は、ＲＯＭ５８及びＲＡＭ６０とともに、通常の処理装置として機能し、Ａ／Ｄ変換部５２からの出力信号であるＡモード波形データ群を処理し、二値化データを生成する。ＣＰＵ５６は、また、Ａ/Ｄ変換部５２におけるエコー信号のサンプリング間隔等を制御する。ディスプレイ６２は、得られた二値化データを画像化して表示する。また、ＣＰＵ５６は、変位検出手段１６における変位量を図示しない入出力回路を介して取得し、該変位量を常時監視する。なお、このような処理・表示ユニット４４は、処理部と表示部とを別体に構成することもできる。また、処理部と表示部とを通信回線や無線を介して情報のやりとりを可能に配備することもできる。こうすることで、計測地と離れた場所や遠隔地においても、骨部断面画像を見ることができるようになる。
【００４３】
次に、図７〜図１２を参照しながら、骨計測装置２を用いてヒト踵骨を対象骨部とする計測例について説明する。本計測例では、まず、踵骨の重力方向断面を計測し、次いで、この断面に直交する水平方向断面を計測する。図７及び図８には、本計測例における計測処理の一例を示し、図９には、二値化データ生成処理に応じたＡモード波形の変化を示し、図１０には、二値化データ群生成処理の一例を示し、図１１には、変位量判定処理の一例を示し、図１２には、Ａモード波形データ群補正処理の一例を示す。
【００４４】
まず、骨計測装置２において、計測部位（踵）と超音波プローブ２０とを所定位置にセットする。装置２のチャンバー６のキャビティ８中に超音波伝播媒体としての水を注入し、所定高さの液面となるまで充填する。この液面は、少なくとも、足をチャンバー６内の載置台１２上の所定位置にセットしたとき、計測領域を浸漬可能とするように設定する必要がある。
【００４５】
次いで、チャンバー６内の計測部位固定部１０の載置台１２上に被験者の足をセットする。このとき、計測部位である踵を載置台１２上に載置せず、踵骨に対応する部位よりも前方を載置台１２に載せるようにセットする。このとき、計測部位は水に浸漬された状態となる。すなわち、超音波プローブ２０と計測部位との間が超音波伝播媒体（この場合は水）で満たされて当該計測領域が超音波計測に対して準備される。この状態において、レール状ガイド２８及びプローブ２０は、踵骨の重力方向断面を走査可能にセットされるとともに、超音波プローブ２０は、ガイド２８のＡ端側の所定位置を初期位置とし、Ｂ端側を所定位置を移動終了位置として一定速度で移動するようにセットされる。なお、超音波プローブ２０の送受波面２２ａは、レール状ガイド２８の中央部に位置したとき鉛直上方を指向する方向性でセットされている。
【００４６】
なお、測定にあたっては、超音波の周波数を７．５ＭＨｚとし、Ａモード波形データのサンプリング間隔を０．１５ｍｍ（１０μｓ））とした。また、リニア電子走査法を用いて振動子２４の整列間隔（０．４ｍｍ）の半分の間隔（０．２ｍｍ）を走査方向の画素幅に対応させた。なお、このためには振動子間隔（０．４ｍｍ）の中間部（０．２ｍｍ）の内挿法によりエコー信号を作成した。
【００４７】
計測処理は、駆動手段を駆動させることで、ガイド２８上の初期位置から終了位置まで超音波プローブ２０から超音波を送波しながら一定速度で移動させて踵骨の重力方向断面を走査し、Ａモード波形データを取得し、二値化データ群を生成し、二値化画像を表示する一連の処理（ステップＳ１０〜７０）によって構成される。この計測処理の一例を図６に示す。
【００４８】
図７に示すように、先ず、ＣＰＵ５６は初期設定を行い、カウンタＣを０に設定したあと（ステップＳ１０）、超音波の送波処理（ステップＳ２０）を実行して、パルス送出部４６を制御し、７．５ＭＨｚの周波数の電気信号を超音波プローブ２０に送出して、超音波プローブ２０の超音波送受波面２２ａから７．５ＭＨｚの周波数の超音波を被験者の計測部位に向かって発射する。この結果、超音波は、被験者の計測部位内部を一部反射されつつ透過する。次いで、送受波面２２ａで受波されたエコーに基づいて第１番目のAモード波形データ群取得処理を実行する（ステップＳ３０）。この処理では、超音波振動子２２の送受波面２２ａで逐次受波され信号化されたエコー信号を、増幅部５０及びＡ/Ｄ変換部５２を介し、所定のサンプリング間隔で構成されたエコー信号からなるＡモード波形データ群として取得する。
【００４９】
ＣＰＵ５６は、取得した第１番目のAモード波形データ群から、二値化データ群を生成する処理を行う（ステップS４０）。処理に伴うＡモード波形の変化を図９に示し、Ａモード波形から二値化データ群生成までの処理の一例を図１０に示す。
【００５０】
生体内の各組織の音響インピーダンスはその硬さの差違に対応すると考えることができ、骨の音響インピーダンスは、血液や筋肉などの軟組織の約４倍に相当している。このような音響インピーダンスの相違から、海綿骨の骨梁と骨髄との間では、骨梁部分においてより強いエコーが生じることになる。本発明では、この現象に基づいて、Ａモード波形の超音波透過方向に沿って設定された画素列において骨梁画素と骨髄画素とを判別し、二値化データを得る。
【００５１】
超音波は海綿骨内で減衰することから、得られたＡモード波形データ群で形成されるＡモード波形から減衰曲線を導出し、さらにこの減衰曲線に対して閾値係数ｋを積の形で与えて判別曲線を導出し、この判別曲線とＡモード波形データ群の個々の値とを比較して、判別曲線上あるいはそれより上にあるデータ（画素）を骨梁画素とし、判別曲線より下にあるデータを骨髄画素として二値化する。以下、該判別工程について具体的に説明する。まず、Ａモード波形データ群からＡモード波形において凸部を形成するデータを抽出する。すなわち、図９（ａ）における凸部分（最大値）データを抽出する（図９（ｂ）（ｃ）、図１０のステップＳ１０１）。この凸部分は、骨梁部分に相当する可能性が高い部分である。次いで抽出した凸部分に対して最少二乗法を用いて、以下に示す式（１）の減衰曲線として、例えば、ここでは一種の指数関数を導出する（図９（ｄ）、図１０のステップＳ１０２）。
Ａｉ＝Ａｉ０ｅｘｐ（−αｉｘ）                （１）
ここでＡｉはエコー値、Ａｉ０はそのエコー初期値、αｉは減衰定数、ｘは超音波透過距離、ｉはｉ番目のＡモードを示す。
【００５２】
次いで、この減衰曲線を用いて骨梁画素と骨髄画素の判別を行うための判別曲線Ｔｉ（式（２））を設定する（図９（ｅ）、図１０のステップＳ１０３）。
Ｔｉ＝ｋＡｉ０ｅｘｐ（−αｉｘ）                （２）
ここで、Ｔｉはしきい値であり、ｋは、閾値係数である。閾値係数ｋは、海綿骨の材料の音響特性等により固有に付与されるものである。したがって、閾値係数ｋは、各走査点についてのＡモード波形に対して一定値を付与するが、各走査点におけるＡモード波形は異なるため、閾値係数ｋが共通であってもしきい値Ｔｉは異なることになる。なお、閾値係数ｋは、試験条件に応じて適切に骨梁画素と骨髄画素とを判定できるように骨計測にあたって予め決定しておくことができる。
【００５３】
このしきい値Ｔｉ以上のエコー値を有する画素を骨梁画素とし、Ｔｉを下回るエコー値を骨髄画素とする判定を行い、骨梁画素には２を骨髄画素には０を付与し二値化する（図９（ｆ）、図１０のステップＳ１０４）。この走査点における超音波透過方向に沿う画素列において二値化データを得ることで該走査点における二値化データ生成工程を終了する。なお、本形態においては、抽出した凸部分を用いて指数関数を得、これに対して閾値係数ｋを用いて判別曲線式を求めて判別するものとしたが、これら凸部分から導く回帰式（減衰曲線）は、指数関数に限らず二次式あるいはそれ以上の高次の多項式等とすることもできる。そして、いずれかの回帰式に対して閾値係数ｋを付与して（式全体に対する積の形で）、判別式と個々のしきい値Ｔｉを求めることができる。
【００５４】
得られた二値化データ群は、ディスプレイ６２上に踵骨の重力方向断面画像として表示される（ステップＳ５０）。カウンタには１が追加され（Ｃ←Ｃ＋１）（ステップＳ６０）、カウンタＣが全走査点数ｉに一致するかどうかを判定し（ステップＳ７０）、一致しない場合には、次の走査点について送波処理〜表示処理（ステップＳ２０〜ステップＳ７０）を実行する。ステップＳ２０〜ステップＳ７０を繰り返し、全走査点ｉについての計測を終了してカウンタＣがｉに一致したら、所定の待機設定を行い（ステップＳ８０）、重力方向断面の計測工程を終了する。
【００５５】
これらの処理により踵骨の重力方向断面がＡモード波形に基づいてリアルタイムで可視化され、骨梁の状態を把握できるようになる。本形態においては、超音波透過方向の画素幅が０．１５ｍｍ、走査方向での画素幅が０．２ｍｍであった。
【００５６】
なお、二値化画像の形成にあたっては、骨梁を透過する音速と骨髄を透過する音速との比率を考慮して、超音波透過方向における画素のサイズを調整することができる。例えば、上述のように、超音波透過方向でのＡモード波のサンプリング間隔を０．１５ｍｍとし、Ａモードを採取する間隔、すなわち、走査線間隔を０．２ｍｍとすると、画素サイズは、０．１５ｍｍ（超音波透過方向）×０．２ｍｍ（走査線間隔方向）となるが、骨梁と骨髄との超音波透過速度の差（例えば、骨梁の超音波透過速度は骨髄の２倍である）などを考慮して、骨髄画素の大きさはそのままとし、骨梁画素の大きさを超音波透過方向に２倍、すなわち、０．３ｍｍ×０．２ｍｍとして画像化することもできる。
【００５７】
このようにして重力方向断面を走査して二値化データを生成・画像表示後、レール状ガイド２８を上方に移動し、所定高さ位置において水平方向断面の計測を実施する。レール状ガイド２８を、ほぼ水平として、超音波プローブ２０は、レール状ガイド２８のＡ端側の所定位置を初期位置とし、Ｂ端側を所定位置を移動終了位置として一定速度で移動するようにセットされる。超音波プローブ２０の送受波面２２ａは、水平方向断面を走査可能に準備される。こうして、７．５ＭＨｚの超音波を超音波プローブ２０から計測部位に対して入射しエコーを受波し、所定のサンプリング間隔でエコー信号を逐次取得することを、レール状ガイド２８の所定範囲（走査点数ｊ）にわたり実施し、重力方向断面の計測時と同様に計測する（図８のステップＳ１１０〜１８０）。
【００５８】
水平方向断面の場合においても、得られた水平方向断面の二値化データはディスプレイ６２上にリアルタイムで水平方向断面画像として表示される（ステップＳ１５０）。これにより踵骨の断面がＡモード波形に基づいて可視化され、骨梁の状態を把握できるようになる。重力方向断面に併せて該断面に直交する水平方向断面も計測することで、より確実に骨梁形状を把握できるものとなっている。なお、本計測例においては、重力方向及び水平方向の二値化データ群の生成及び各断面画像の表示は各走査点毎に行ったが、これに限定することなく、走査軌跡における所定数の走査点につき一括してこれらの処理を行うこともできる。このような処理や表示は必要に応じて適宜変更することができる。また、適宜これらを印刷等により紙などの画像形成媒体に画像形成することも可能である。
【００５９】
なお、重力方向断面及び水平方向断面における走査実施中、踵の変位量がＣＰＵ５６の制御下で常時モニターされている。すなわち、変位検出手段１６によってモニターされる踵の変位量が予め設定した変位量以下であるか否かを判定する、判定処理が実施されている。この処理の一例を図１１に示す。この処理では、踵の変位量が予め設定された変位量以下であるか否かを判定し（ステップＳ２００）、肯定的判定がなされるときは、計測状態が良好である旨をディスプレイに表示し（ステップＳ２１０）、否定的判定がなされるときは、計測無効あるいは計測中止と判定し、ディスプレイ６２上に表示する（ステップＳ２２０）。
【００６０】
また、このような判定処理とともに、あるいはこの判定処理に替えて、前記変位量に基づいて補正処理を行うことができる。この処理の一例を図１２に示す。この処理では、モニターされる変位量が第１の変位量以下であるか否かが判定され（ステップＳ３００）、肯定的判定がされるときは、計測状態が良好である旨をディスプレイに表示し（ステップＳ３１０）、否定的判定がなされるときは、ひきつづきモニターされる変位量が第２の変位量以下であるか否かが判定され（ステップＳ３２０）、肯定的判定がなされるときは、該変位量でＡモード波形データを逐次補正する（ステップＳ３３０）、否定的判定がなされるときは、計測無効あるいは計測中止と判定し、ディスプレイ６２上に表示する（ステップＳ３４０）。なお、補正は、逐次的でなくても、全てのＡモード波形データ群を取得した後に一括して実施することもできる。
【００６１】
以上説明したように、本骨計測装置によれば、超音波エコーから得られるＡモード波形を基に容易に骨部断面画像を得ることができる。この断面画像によれば、微細な海綿骨の骨梁形状を可視化することができるため、従来困難であった骨粗しょう症における海綿骨の骨構造の構造変化を容易に把握できるようになる。また、骨粗しょう症等における海綿骨の欠落部分を容易に発見できるようになる。したがって、骨粗しょう症の予防、診断、治療において本骨計測装置は有用である。また、本装置は、超音波を用いるために、定期的にかつ簡易に実施することができるため、集団検診及び定期健診に適している。
【００６２】
なお、本形態においては、画素列毎に二値化した画像を集合させて骨部断面画像としてディスプレイ６２上に表示したが、骨梁の欠落の診断をより容易にするために、かかる骨部断面画像とともにあるいはこれに替えて、画素列毎あるいは複数の画素列とこれらに対応した骨部断面画像における骨髄画素／全画素（＝骨髄画素+骨梁画素）の比率（％）とを併せて表示することもできる（図１３（ａ）参照）。さらに、画素列毎の骨髄画素と骨梁画素とを画素に対応して色分けするのでなく、図１３（ｂ）に示すようなグラフ状にして表示することもできる。
【００６３】
本骨計測装置は、微細な骨梁構造を可視化対象とするため、計測部位を高度に拘束して固定する必要性があるが、本骨計測装置は、計測部位固定部と超音波プローブ保持部とを備えることで、骨部断面に対して超音波プローブを予め設定された軌跡で容易に走査できるようになっている。したがって、安定してＡモード波形データ群を得ることができ、計測の効率と精度とを確保し向上させることができる。
さらに、変位検出手段を備えて、良好な固定状態をディスプレイ等に表示することで良好な固定状態を被験者本人に意識させ、あるいは変位量が許容量を超える場合には計測無効等を表示することで、計測の効率を確保することができる。また、変位量に応じ、Ａモード波形データ群を補正することで、計測の効率と精度とを確保することができる。
【００６４】
なお、二値化データ群生成処理において閾値係数ｋの値を決定するには、例えば以下の方法を採用できる。計測部位の標準的骨梁構造を有する標準試験片あるいはその代替物を用い、これらの標準試験片のデジタル画像等から実際の骨梁面積密度を求め、一方、これらの標準試験片に対して超音波を照射して得た多数のＡモード波形を基に、閾値係数ｋを各種設定して得られた画像から求めた各種の骨梁面積密度を求める。実際の骨梁面積密度とＡモード波形ベースの骨梁面積密度とを比較し、実際の骨梁面積密度に一致するかあるいは最も近似するＡモード波形ベースの骨梁面積密度が得られた閾値係数ｋをしきい値Ｔｉ算出のためのｋ値として採用することができる。このようなｋ値の設定は、例えば、踵骨を対象とする骨粗しょう症の診断等を目的とする骨計測にあたっては、ヒトの踵骨あるいはその代替物を標準試験片として予め求めておくことができる。この場合、標準試験片は、男女別、年代別に備えることができる。また、超音波の透過速度は、温度、湿度等によって変化するので、これらの環境要因に基づいて補正できるように、測定前に標準試験片を用いてｋ値を求めることもできるし、予め、環境要因に応じてｋ値を補正できる補正式や補正プログラムを用意しておいてもよい。
【００６５】
本発明におけるＡモード波形データ群取得手段は、本形態における処理・表示ユニット４４の一部の機能であって、増幅部５０やＡ／Ｄ変換部５２やＣＰＵ５６等が相当し、本発明における二値化データ群生成手段は、図１０に例示する処理を実行する手段に相当し、本発明における画像表示手段は、ディスプレイ６２に相当している。
【００６６】
なお、発明は、上記した形態に限られず種々の態様を選択することができる。例えば、本形態においては、骨計測装置２を計測ユニット４と処理・表示ユニット４４として構成したが、これに限定するものではなく、種々の態様が可能であり、パルス送出部、増幅部、Ａ／Ｄ変換部などを、超音波送受信ユニット（装置）として、処理・表示ユニットと別体に備えることもできる。また、必要に応じ、Ａモード波形を表示するディスプレイ（例えば、オシロスコープなど）を別途備えることもできる。
【００６７】
本形態においては、複数断面を走査可能とするのに、半円リング状のガイドレールを移動可能に支持し、一の走査断面と他の走査断面に対応可能にガイドレールを移動させるようにしたが、ガイド形状は半円リング状に限られない。得ようとする骨部断面によっては、直線的に移動するようなコの字状のレール形状のガイドとすることもできる。また、一つのガイドレールを複数の断面スキャニングに対応可能に設けることもできる。たとえば、計測部位のうち一断面領域を走査するガイドレール部と他の断面領域を走査する他のガイドレール部とを連続して設けることで一つのガイドレールで２以上の断面に対応させることができる。また、超音波プローブ保持部においては超音波プローブは必ずしも移動させる必要はなく、超音波プローブが得ようとする所定断面に対応した振動子配列を有していれば、一定位置で固定させておいても、必要なデータを得ることができる。例えば、多数個のリニアアレイ型の超音波プローブを計測部位の外形に沿って配列することもできるし、振動子自体を計測部位の外形に沿って配列させることもできる。例えば、踵が計測部位である場合には、複数個のリニアアレイ型超音波プローブをおおよそＵ字状に配列させたものか、直接振動子をＵ字状に配列したＵ字状超音波プローブも採用することができる。
【００６８】
また、リニアアレイ型超音波プローブを多数個配置することにより、走査することなく、各部のエコー信号及びＡモード波形データを得る場合、例えば、図１４に示すように、踵の外形に沿って整列される複数個のリニアアレイ型超音波プローブ２０の後方にそれぞれ前後（超音波の透過方向に沿って）に伸縮するアクチュエータ３０を備えさせ、このアクチュエータ３０の伸縮を超音波の皮質骨からのエコー時間により制御して、計測部位が超音波の透過方向に変位してもそれに自動的に追従して超音波プローブも前後に変位するようにすることもできる。すなわち、皮質骨からのエコー時間を反射パルスの時間間隔から測定し、設定した一定時間との差を検出し、それがゼロとなるようにアクチュエータを伸縮させる。こうすることで、計測部位の変位や走査による測定精度の低下を抑制することができる。かかる構成によれば、計測部位の固定部や圧力センサを省略あるいは簡素化することも可能である。なお、皮質骨からのエコーは反射パルスの最初に立ち上がったピーク（第１の反射パルス）によって判定することができ、該エコーの最初のピーク受波時間を皮質骨からのエコーの時間とすることができる。なお、第１の反射パルスの到来時間は、例えば、軟組織部の距離の２倍（往復）／軟組織伝播時間（１５３０ｍ／ｓ）により算出することができる。
【００６９】
また、図１４に併せて示すように、超音波伝播媒体１４としては、不定形状であって踵などの計測部位に倣って変形可能なゲル状体やあるいは予めおおよそ計測部位の外形形状に沿って形成されたゲル状体を用いることができる。かかるゲル状体を用いることで水などを充填するキャビティを省略することができ、また、検診においても計測部位が濡れるなどのわずらわしさを排除できるとともに、洗浄、消毒、交換等も容易であることから有害微生物の感染のおそれなども低減することができる。このようなゲル状体の超音波伝播媒体１４としては、例えば、クリスタルゲル（製品名、株式会社タナック）などを用いることができる。また、かかるゲル状体の超音波伝播媒体１４は、計測部位表面に密着させることができるとともに、計測部位を拘束してその変位を抑制できる。このため、超音波伝播媒体１４を、その計測部位側の表面（内表面）形状を計測部位の外形形状に併せて変形可能なゲル状体とし、かかる超音波伝播媒体１４を少なくとも超音波プローブの送受波面に備えるようにすることで、該超音波伝播媒体１４自体を多数人に適用可能な計測部位の固定部としてあるいは別に設ける計測部位固定部の一部として利用することができる。
【００７０】
このとき、ゲル状体の超音波伝播媒体１４の超音波プローブ側表面（外表面）を一定形状としておき、該表面に超音波プローブの送受波面が当接された状態で一定の軌跡に沿って超音波で走査できるようにしておけば、被験者の計測部位にかかわらず一定の軌跡で走査することができる。また、この一定形状の表面に倣って予め送受波面が存在するように超音波プローブを備えておくことで、測定にあたって超音波プローブを移動させることもなく、被験者の計測部位に対して適切な走査が可能となる。さらに、ゲル状体の超音波プローブ側表面に備える超音波プローブを前後に伸縮可能なアクチュエータ上におくことにより、ゲル状体の超音波プローブ側表面が一定形状でなくてもその表面形状に合わせて送受波面をゲル状体表面に当接させて測定することができる。なお、このようにゲル状体が送受波面側に備える超音波プローブも超音波プローブ保持部により所定位置に保持されている。
【００７１】
本形態においては、超音波骨計測装置について説明したが、本発明は、超音波骨計測装置用のエコー計測装置、及び超音波骨計測方法、超音波骨計測プログラム、骨粗しょう症診断装置及び骨粗しょう症診断方法の形態を採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の超音波骨計測装置の全体構成を示す外観図を示す。
【図２】計測ユニットの具体的構成を示す平面図と断面図とを示す。
【図３】超音波プローブの詳細図を示す。
【図４】本発明における骨部断面の画像化の過程の一部を示す。
【図５】本発明における骨部断面の画像化の過程の一部を示す。
【図６】本装置の電気的構成を示すブロック図を示す。
【図７】本計測例における画像化処理の一部を示すフローチャートである。
【図８】本計測例における画像化処理の一部を示すフローチャートである。
【図９】二値化データ生成処理に応じたＡモード波形の変化を示す図である。
【図１０】二値化データ生成処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】変位量判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】Ａモード波形データ群補正処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】二値化データに基づく画像情報の他の表示例を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
２  超音波骨計測装置、４  計測ユニット、６  チャンバー、８  キャビティ、１０  計測部位固定部、１２  載置台、１４  超音波伝播媒体、１６  変位検出手段、２０  超音波プローブ、２２  超音波振動子、２２ａ  超音波送受波面、２６  超音波プローブ保持部、２８  ガイド、３０  アクチュエータ、４４  処理・表示ユニット、４６  パルス送出部、５０  増幅部、５２  Ａ／Ｄ変換部、５６  ＣＰＵ、５８  ＲＯＭ、６０  ＲＡＭ、６２  ディスプレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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